Nghiên cứu và Xây dựng Cấu hình Nghịch Lưu Hình F - ĐH SPKT TP.HCM

Nghiên cứu về hình F ngược: Thiết kế và mô phỏng chi tiết. Tìm hiểu cách tối ưu hóa và ứng dụng hiệu quả cấu trúc độc đáo này trong thực tế.

• Tác giả: Phạm Quốc Thái
• Người hướng dẫn: Ts. Đỗ Đức Trí
• Trường học: Trường Đh Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Và Xây Dựng Cấu Hình Nghịch Lưu Hình F
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
• PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT TỔNG QUAN ĐỒ ÁN
• 1.1. Tổng quan đề tài nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu của đồ án
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Phương tiện nghiên cứu
• 1.5. Kết luận về tiểu luận tổng quan và kế hoạch thực hiện luận án
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU HÌNH NGHỊCH LƯU ĐA BẬC TRUYỀN THỐNG
• 2.1. Lý thuyết về nghịch lưu
• 2.2. Nghịch lưu Diode kẹp (NPC – Neutral Point Clamped)
• 2.3. Nghịch lưu một pha năm bậc hình T
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH BỘ NGHỊCH LƯU HÌNH F
• 3.1. Cấu hình nghịch lưu hình F một pha năm bậc
• 3.2. Nguyên lý hoạt động của cấu hình nghịch lưu hình F
• 3.3. Phương pháp điều khiển
• 4. CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN LINH KIỆN VÀ TÍNH TOÁN TỔN HAO MẠCH NGHỊCH LƯU HÌNH F MỘT PHA NĂM BẬC
• 4.1. Lựa chọn linh kiện cho mạch nghịch lưu
• 4.2. Xác định linh kiện cho các khóa công suất
• 4.3. Xác định linh kiện cho tụ điện
• 4.4. Tính toán tổn hao mạch nghịch lưu
• 4.5. Tổn hao trên cấu hình nghịch lưu hình F
• 4.6. Tổn hao trên cấu hình nghịch lưu hình
• 4.7. Tổn hao trên cấu hình nghịch lưu cấu hình NPC
• 4.8. So sánh tổng giá trị linh kiện và tổn hao ở cấu hình nghịch lưu 3 pha
• 4.9. Giá thành linh kiện
• 4.10. Về tổn hao
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 5.1. Kết quả mô phỏng
• 5.2. Kết quả thực nghiệm
• 5.3. Mô hình PCB trên Altium
• 5.4. Mô hình thực nghiệm
• 5.5. Kết quả
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Nghiên Cứu Nghịch Lưu Hình F Tổng Quan Tiềm Năng Ứng Dụng

Nhu cầu năng lượng toàn cầu đang tăng trưởng mạnh mẽ, kéo theo sự phát triển của các bộ chuyển đổi năng lượng hiệu quả. Nghịch lưu (Inverter) đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng DC sang AC, ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như HVDC, FACTS, lưới điện tái tạo, lưu trữ năng lượng, và giao thông vận tải. Nghịch lưu đa bậc nổi lên như một giải pháp ưu việt, đáp ứng các tiêu chí khắt khe về điện áp, dòng điện và chất lượng điện năng. Nghiên cứu nghịch lưu hình F hứa hẹn mang lại hiệu quả cao hơn và tiết kiệm năng lượng so với các cấu hình truyền thống. Mục tiêu chính là xây dựng và đánh giá một cấu hình nghịch lưu hình F hiệu quả, tập trung vào các khía cạnh như thiết kế, mô phỏng, và so sánh hiệu suất với các cấu trúc khác như hình T và NPC. Cấu hình nghịch lưu hình F được biến thể từ cấu trúc hình T, khi nút chung của 2 khóa công suất mắc nối tiếp ở hình T được tách ra, từ đó làm giảm số lượng khóa phải chịu điện áp VDC. Mạch nghịch lưu một pha năm bậc hình F gồm 2 nhánh pha, mỗi nhánh có 4 khóa công suất IGBT lần lượt là nhánh A (S1A, S2A, S3A, S4A), nhánh B (S1B, S2B, S3B, S4B). Như trình bày trong sơ đồ Hình 3.1, các khóa S1A, S1B được kết nối trực tiếp giữa phía đầu nguồn và đầu ra, các khóa công suất còn lại thì lần lượt được mắc nối tiếp với nhau. Điều này cho thấy khi mạch hoạt động điện áp đặt lên các khóa S1A, S1B là điện áp nguồn và các khóa còn lại lần lượt chịu một mức điện áp bằng nửa điện áp nguồn.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Vai Trò Của Nghịch Lưu Đa Bậc

Khái niệm đa bậc xuất hiện từ năm 1975 với cấu hình Cascade. Ba cấu hình kinh điển bao gồm NPC-MLI (Diode kẹp), FC-MLI (Tụ bay) và CHB-MLI (Cầu H ghép tầng). NPC-MLI được xem là thế hệ đầu tiên, sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng nối lưới nhờ cải thiện dạng sóng (giảm THD). Ưu điểm khác bao gồm kích thước bộ lọc nhỏ, giảm nhiễu điện từ, và hiệu suất cao. Mặc dù đã cải thiện công suất, nghịch lưu đa bậc vẫn có nhược điểm. CHB-MLI yêu cầu nguồn DC cách ly. Tụ bay làm tăng kích thước và giá thành. NPC dễ mất cân bằng điểm giữa và tổn hao.

1.2. Giới Thiệu Cấu Hình Nghịch Lưu Hình F Ưu Điểm Vượt Trội

Để giải quyết các nhược điểm trên, các nhà nghiên cứu tập trung vào điều chỉnh cấu hình mạch và phương pháp điều khiển. SPWM, SHE-PWM, SVM là những phương pháp điều khiển phổ biến. Với các ứng dụng công nghiệp phương pháp điều khiển SPWM là rất phổ biến. Dựa vào phương pháp SPWM cổ điển, công nghệ sử dụng nhiều sóng mang đã được phát triển cho cấu hình đa bậc. Nghịch lưu hình T ra đời nhằm giảm tổn hao dẫn, tuy nhiên, vẫn còn hạn chế về điện áp trên khóa công suất. Nghịch lưu hình F là một cải tiến từ hình T, tối ưu hóa hiệu suất và giảm tổn hao. Đặc biệt, nghịch lưu hình F có 2 khóa S1A và S4A của nghịch lưu hình T chịu điện áp tối đa là VDC, nhưng nút chung G của 2 khóa IGBT mắc nối tiếp ở cấu hình nghịch lưu này 2 có thể mở ra làm cho chỉ còn 1 khóa chịu điện áp VDC và 3 khóa còn lại có điện áp bằng một nửa VDC. Điều này dẫn đến sự phát triển của nghịch lưu hình F.

II. Thách Thức Giải Pháp Điều Khiển Nghịch Lưu Hình F Hiệu Quả

Việc điều khiển nghịch lưu hình F hiệu quả đòi hỏi giải quyết các thách thức về điều chế độ rộng xung, giảm thiểu hài, và tránh hiện tượng ngắn mạch. Điều chế SPWM là một phương pháp phổ biến, nhưng cần được tinh chỉnh để phù hợp với cấu trúc đặc biệt của hình F. Các phương pháp điều khiển khác, như SHE-PWM và SVM, cũng có thể được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất và giảm THD. Hơn nữa, việc tích hợp các biện pháp bảo vệ, như dead-time, là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn và tin cậy của bộ nghịch lưu.

2.1. Phương Pháp Điều Chế Độ Rộng Xung Sine SPWM Cho Hình F

Ở phương pháp sine PWM này, 2 tín hiệu điện áp điều khiển (Va, Vb) dạng sine lệch nhau 1 góc pha 180o được sử dụng để so sánh với 2 tín hiệu sóng dạng tam giác (Vcr1, Vcr2) có tần số lớn hơn rất nhiều so với 2 tín hiệu điều khiển. Trong trường hợp ngược lại, khóa công suất được kích ngắt. Ví dụ như ở Hình 3.4, ở bán kỳ dương của sóng điều khiển ta thấy được khóa S1A được kích đóng ngắt liên tục để có thể tạo ra bậc giá trị điện áp.

2.2. Vấn Đề Dead Time Giải Pháp Tránh Ngắn Mạch Hiệu Quả

Trong mỗi khóa công suất thì có một thời gian ON và OFF vì vậy nếu không tạo dead-time (thời gian trễ) thì các khóa sẽ xảy ra hiện tượng trùng dẫn và dẫn đến ngắn mạch. Khi không có dead-time thì các khóa công suất có thời gian ON, OFF giống nhau sẽ chuyển mạch cùng một thời điểm. Điều này dẫn đến tình trạng ngắn mạch (shoot-through) làm hư hỏng linh kiện trong mạch. Vì thế khi thêm dead-time vào thời gian đóng ngắt của các khóa công suất thì quá trình chuyển mạch lúc này sẽ không đồng thời nữa, từ đó tránh đi hiện tượng hư hỏng trong mạch

2.3. Tối Ưu Hóa Thuật Toán Điều Khiển Để Giảm Thiểu Tổn Hao

Việc bổ sung thêm dead-time cũng cần chú ý đến lượng thêm vào sao cho phù hợp. Vì nếu lượng dead-time bổ sung quá lớn làm tình trạng chuyển mạch bị gián đoạn ảnh hưởng đến điện áp đầu ra, hoặc quá nhỏ không đủ để tránh tình trạng ngắn mạch.

III. Lựa Chọn Linh Kiện Tính Toán Tổn Hao Trong Nghịch Lưu F

Việc lựa chọn linh kiện phù hợp và tính toán chính xác tổn hao là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của nghịch lưu hình F. Cần xem xét các yếu tố như điện áp và dòng điện định mức, tần số chuyển mạch, và đặc tính nhiệt của các khóa công suất (MOSFET, IGBT), tụ điện, và diode. Tính toán tổn hao bao gồm tổn hao dẫn, tổn hao chuyển mạch, và tổn hao trên các linh kiện thụ động. Mục tiêu là giảm thiểu tổn hao tổng thể, từ đó nâng cao hiệu suất của bộ chuyển đổi.

3.1. Xác Định Thông Số Linh Kiện Phù Hợp Với Cấu Hình Hình F

Dựa vào mạch nguyên lý Hình 3.1, xác định được những linh kiện cần tính toán lựa chọn là: khóa công suất; tụ điện. Thông số để tính toán lựa chọn linh kiện được cho như Bảng 4.1 Thông số cấu hình mạch nghịch lưu. Thông số để tính toán lựa chọn linh kiện được cho như Bảng 4.1 Thông số cấu hình mạch nghịch lưu

3.2. Phương Pháp Tính Toán Tổn Hao Chuyển Mạch Tổn Hao Dẫn

Trong chương tính toán này, các cấu hình truyền thống như: hình T, NPC sẽ được tính toán tổn hao cùng với cấu trúc hình F. Nhận thấy, cấu trúc nhánh pha cũng như quá trình đóng ngắt của các khóa công suất ở 2 nhánh là tương tự nhau. Cho nên trong phần tính toán, sẽ chỉ xét duy nhất trong nhánh pha A của mỗi cấu hình để tính toán và so sánh

3.3. So Sánh Tổn Hao Giữa Hình F Hình T Cấu Hình NPC

Các cấu hình truyền thống như: hình T, NPC sẽ được tính toán tổn hao cùng với cấu trúc hình F. Nhận thấy, cấu trúc nhánh pha cũng như quá trình đóng ngắt của các khóa công suất ở 2 nhánh là tương tự nhau. Cho nên trong phần tính toán, sẽ chỉ xét duy nhất trong nhánh pha A của mỗi cấu hình để tính toán và so sánh

IV. Mô Phỏng Thực Nghiệm Cấu Hình Nghịch Lưu Hình F Thực Tế

Mô phỏng và thực nghiệm là giai đoạn quan trọng để kiểm chứng lý thuyết và đánh giá hiệu suất của nghịch lưu hình F trong điều kiện thực tế. Sử dụng các phần mềm mô phỏng chuyên dụng, như PSIM, để xây dựng mô hình và phân tích các đặc tính của mạch. Tiến hành thực nghiệm trên một mô hình phần cứng để đo đạc các thông số điện áp, dòng điện, và THD. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm để đánh giá độ chính xác của mô hình và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất.

4.1. Xây Dựng Mô Hình Mô Phỏng Nghịch Lưu Hình F Trên PSIM

Ở phương pháp sine PWM này, 2 tín hiệu điện áp điều khiển (Va, Vb) dạng sine lệch nhau 1 góc pha 180o được sử dụng để so sánh với 2 tín hiệu sóng dạng tam giác (Vcr1, Vcr2) có tần số lớn hơn rất nhiều so với 2 tín hiệu điều khiển. Trong trường hợp ngược lại, khóa công suất được kích ngắt. Ví dụ như ở Hình 3.4, ở bán kỳ dương của sóng điều khiển ta thấy được khóa S1A được kích đóng ngắt liên tục để có thể tạo ra bậc giá trị điện áp.

4.2. Thiết Kế Mạch PCB Thi Công Mô Hình Thực Nghiệm

Việc bổ sung thêm dead-time cũng cần chú ý đến lượng thêm vào sao cho phù hợp. Vì nếu lượng dead-time bổ sung quá lớn làm tình trạng chuyển mạch bị gián đoạn ảnh hưởng đến điện áp đầu ra, hoặc quá nhỏ không đủ để tránh tình trạng ngắn mạch.

4.3. Phân Tích Kết Quả Mô Phỏng Thực Nghiệm Đánh Giá Hiệu Quả

Các giá trị trên khóa công suất S1A: (a) Điện áp đặt, (b) Giá trị trung bình của dòng đỉnh, (c) Dòng điện hiệu dụng. Khóa S1A có giá trị dòng hiệu dụng là 10,48 (A), chịu mức điện áp là 200 (V) và khóa S1A chuyển mạch trong chu kỳ từ .

V. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Nghịch Lưu Hình F

Nghiên cứu và xây dựng cấu hình nghịch lưu hình F đã đạt được những kết quả khả quan, chứng minh tiềm năng của cấu trúc này trong các ứng dụng chuyển đổi năng lượng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng phát triển tiềm năng, như tối ưu hóa thuật toán điều khiển, nghiên cứu các cấu trúc hình F mới, và ứng dụng trong các hệ thống điện tái tạo. Nghịch lưu hình F hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng trong tương lai của ngành điện tử công suất.

5.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu Đánh Giá Ưu Điểm Hình F

Do đó về cấu tạo thì điện áp chịu đựng được của các khóa S1A, S1B này phải bằng hoặc lớn hơn điện áp VDC. Với các khóa công suất S2x, S3x, S4x được mắc nối tiếp vì thế mức điện áp đặt lên các khóa này chỉ bằng một nửa VDC. Điều này đã làm giảm chi phí toàn hệ thống, cấu trúc mạch và tổn hao chuyển mạch của cấu hình nghịch lưu hình F so với các cấu hình nghịch lưu truyền thống như: cấu hình nghịch lưu hình T và NPC.

5.2. Đề Xuất Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Để Nâng Cao

Mô phỏng giá trị – Ipn trên PSIM, có được Hình 4.3, đó là dạng sóng dòng điện qua tụ. Sau đó thực hiện phân tích FFT tại tần số 100 Hz như Hình 4.4, xuất hiện giá trị dòng điện, giá trị này chính là dòng điện đỉnh qua tụ điện. Từ giá trị dòng điện nay, có thể tính được điện dung của tụ cần lựa chọn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 KHÁI QUÁT TỔNG QUAN ĐỒ ÁN 1. Tổng quan đề tài nghiên cứu Ngày nay, thế giới đang phải đối mặt với nhu cầu năng lượng ngày càng tăng. Bộ chuyển đổi DC-AC hay bộ nghịch lưu (Inverter) là một trong những thiết bị chuyển đổi năng lượng điện tử công suất và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực quan trọng như: truyền tải điện áp cao áp một chiều (HVDC); hệ thống truyền tải (FACTS); lưới điện năng lượng tái tạo tích hợp; hệ thống lưu trữ năng lượng; giao thông đường sắt và hệ thống truyền động…. Việc triển khai các hệ thống này yêu cầu các phương pháp và tiêu chí cụ thể mà bộ nghịch lưu phải đáp ứng, chẳng hạn như: điện áp đầu ra, dòng điện đầu ra và chất lượng điện năng.

Nghịch lưu đa bậc ngày nay là thiết bị hoàn hảo để đáp ứng những nhu cầu này. Nhận thức được những đặc điểm nổi bật và tiềm năng của nghịch lưu đa bậc và tác động tích cực của chúng đối với các lĩnh vực ứng dụng công nghiệp nói trên đã dẫn đến sự cải tiến của các cấu hình và các giải thuật điều khiển. Đối với các ứng dụng công nghiệp, nghịch lưu đa bậc cho thấy hiệu suất tốt và là sự lựa chọn hoàn hảo về khả năng tiết kiệm năng lượng [1]. Năm 1975, khái niệm đa bậc đã được giới thiệu bởi cấu hình nghịch lưu Cascade.

Vai trò chính của nghịch lưu đa bậc là để đạt được công suất cao hơn. Ba cấu hình được xem là cổ điển nhất của nghịch lưu nguồn áp đa bậc, đó là Neutral Point Clamped (NPC-MLI) hay là Diode Clamped (DC-MLI), Flying Capacitor (FC-MLI) và Cascade H-Bridge (CHB-MLI) [1]. Mặc dù nghịch lưu đa bậc Cascade được phát triển sớm hơn. Tuy nhiên, những ứng dụng của cấu hình này đến 1990 mới xuất hiện, do vậy NPC-MLI được xem là thế hệ đầu tiên của cấu hình đa bậc.

Bộ nghịch lưu nguồn áp được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng nối lưới để cải thiện dạng sóng đầu ra (giảm THD) [2]. Tuy nhiên, mặt hạn chế của chúng là điều khiển phức tạp. Ngoài ra, nghịch lưu đa bậc vẫn thể hiện được một số ưu điểm như: kích thước bộ lọc nhỏ, giảm thiểu nhiễu điện từ và hiệu suất cao. Một vài cấu hình nghịch lưu đa bậc cho phép việc sử dụng các khóa công suất cao điều này làm cho các ứng dụng ngày càng phổ biến và chi phí thấp.

Mặc dù nghịch lưu đa bậc đã 1 cải thiện công suất một cách đáng kể, nhưng bên cạnh những ưu điểm nghịch lưu đa bậc vẫn còn một vài nhược điểm. Cấu hình nghịch lưu đa bậc cầu H (CHB-MLI) yêu cầu nguồn DC cách ly. Nghịch lưu tụ bay sử dụng nhiều tụ điện dẫn đến gia tăng kích thước, trọng lượng và giá thành. Cấu hình nghịch lưu NPC xảy ra sự mất cân bằng điểm giữa và tổn hao (vì sử dụng nhiều diode kẹp) [2].

Để giải quyết những bất lợi trên, ta có thể giải quyết bằng cách điều chỉnh cả cấu hình mạch và phương pháp điều khiển. Có nhiều phương pháp để điều khiển nghịch lưu đa bậc chẳng hạn như: điều chế độ rộng xung sin (SPWM), loại bỏ sóng hài chọn lọc (SHE-PWM), điều chế bằng vecto không gian (SVM),. Với các ứng dụng công nghiệp phương pháp điều khiển SPWM là rất phổ biến. Dựa vào phương pháp SPWM cổ điển, công nghệ sử dụng nhiều sóng mang đã được phát triển cho cấu hình đa bậc.

Điều này có ích trong việc làm giảm hài trong dạng sóng đầu ra. Hiện nay, điện áp định mức của mô-đun IGBT lên đến 6.5kV và dòng điện định mức 1200A. Các mạch nghịch lưu kẹp diode (NPC) được phát triển thành mạch nghịch lưu hình T để giảm tổn hao dẫn [3]. Tuy nhiên, nghịch lưu hình T có một bất lợi về điện áp đặt trên khóa công suất.

Từ hạn chế này, thì một cấu hình mới dựa trên mạch nghịch lưu hình T nhưng tối ưu hơn về hiệu suất và tổn hao dẫn, đó là nghịch lưu hình F.1-(a) hai khóa S1A và S4A của nghịch lưu hình T chịu điện áp tối đa là VDC, nhưng nút chung G của 2 khóa IGBT mắc nối tiếp ở cấu hình nghịch lưu này 2 có thể mở ra làm cho chỉ còn 1 khóa chịu điện áp VDC và 3 khóa còn lại có điện áp bằng một nửa VDC. Điều này dẫn đến sự phát triển của nghịch lưu hình F. Khả năng cạnh tranh của nghịch lưu đa bậc, loại F sẽ được phân tích chi tiết và chứng minh bằng một mô hình phần cứng. Các kết quả thu được sẽ nói lên tiềm năng của loại hình F này và có thể thay thế cho nghịch lưu đa bậc, loại T ở hạ áp và trung áp.

Mục tiêu của đồ án - Tính toán chọn linh kiện cho mạch. - Tìm hiểu phương pháp tính toán của một số tổn hao trên mạch nghịch lưu và so sánh giữa các cấu hình (F, T, NPC). - Xây dựng được giải thuật điều chế độ rộng xung cho cấu hình nghịch lưu hình F bằng phương pháp SPWM. Trong giải thuật phải giải quyết được tình trạng shoot-through trong điều kiện các khóa công suất thực tế dẫn điện bằng cách bổ sung thêm dead-time vào quá trình đóng cắt của các khóa.

- Xây dựng mô hình mô phỏng trên PSIM và mô hình thực nghiệm thực tế. Phương pháp nghiên cứu - Tham khảo, phân tích, tổng hợp, sử dụng có chọn lọc tài liệu từ các công trình nghiên cứu, các bài báo đã được công bố trên các trang web chuyên nghành. - Phương pháp mô phỏng: tiến hành mô phỏng các lý thuyết được phân tích bằng các phần mềm chuyên dụng như MATLAB, PSIM nhằm bước đầu kiểm chứng các phân tích đã nêu ra. - Phương pháp thực nghiệm: mô hình thực nghiệm được xây dựng tại phòng thí nghiệm cùng với các thiết bị đo thích hợp được sử dụng để kiểm chứng các lý thuyết và kết quả mô phỏng đã đạt được.

- Đánh giá kết quả dựa trên mô phỏng và thực tế. Phương tiện nghiên cứu - Các tài liệu học thuật trên thư viện điện tử IEEE Explore - Máy tính cá nhân. - Phần mềm hổ trợ mô phỏng các mạch điện tử công suất PSIM. - Phần mềm hỗ trợ lập trình vi điều khiển TMS320F28335 chuyên dụng của tập đoàn Texas Instruments là Code Composer Studio.

3 - Cùng một số thiết bị đo đạc được sử dụng tại phòng thí nghiệm như: VOM, máy dao động ký Tektronix. Kết luận về tiểu luận tổng quan và kế hoạch thực hiện luận án Dựa trên các phân tích đã nêu trên được thực hiện trong phần tiểu luận tổng quan, một số kết luận sau có thể được rút ra: - Tính cấp thiết và vai trò của các bộ nghịch lưu, hiệu suất của bộ nghịch lưu được làm rõ. - Nhiệm vụ chính của đề tài đã được làm rõ gồm bốn nhiệm vụ chính: 1) Nghiên cứu cấu hình và nguyên lý hoạt động, 2) Xây dựng giải thuật, 3) Tính toán chọn linh kiện và hiệu suất, 4) Vẽ PCB và thực nghiệm. 4 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU HÌNH NGHỊCH LƯU ĐA BẬC TRUYỀN THỐNG 2.

Lý thuyết về nghịch lưu 2. Khái niệm Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn một chiều không đổi thành năng lượng xoay chiều. Nghịch lưu có hai dạng: nghịch lưu nguồn áp và nghịch lưu nguồn dòng. Các tải xoay chiều thường mang tính cảm kháng (động cơ, lò cảm ứng), dòng điện qua các linh kiện công suất (MOSFET, IGBT,.) được điều khiển đóng ngắt bằng mạch điều khiển hay mạch lái [4].

Bộ nghịch lưu áp Bộ nghịch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở đầu ra. Nguồn điện áp một chiều có thể là acquy, pin mặt trời hoặc điện xoay chiều được chỉnh lưu và lọc phẳng [4]. Các linh kiện công suất trong mạch đóng vai trò như các công tắc. Có thể sử dụng IGBT, MOSFET , BJT cho các mô hình công suất vừa và nhỏ, với các mô hình công suất lớn có thể sử dụng IGBT, SCR, GTO,.

Mỗi khóa công suất thường có một diode mắc song song. Điều này tạo một bộ chỉnh lưu cầu không điều khiển có chiều dẫn ngược với chiều dẫn của các khóa công suất. Mục đích của nó là tạo điều kiện cho quá trình trao đổi công suất ảo giữa tải xoay chiều và nguồn một chiều và hạn chế hiện tượng quá điện áp gây hỏng linh kiện khi đóng ngắt các khóa công suất. Nghịch lưu Diode kẹp (NPC – Neutral Point Clamped) Thích hợp sử dụng khi các nguồn DC tạo nên từ hệ thống điện AC.

Bộ nghịch lưu đa bậc NPC có một mạch nguồn DC được chia thành nhiều mức điện áp nhỏ hơn nhờ chuỗi các tụ điện mắc nối tiếp [4]. Giả sử mạch nguồn DC gồm n nguồn có độ lớn bằng nhau mắc nối tiếp, điện áp nguồn DC có thể đạt được n+1 giá trị khác nhau và số bậc điện áp nghịch lưu là n+1 bậc.1 Cấu hình bộ nghịch lưu một pha năm bậc NPC.1 Bảng trạng thái và điện áp đầu ra của cấu hình NPC. Ký hiệu Trạng thái của công tắc Điện áp đầu S1x S2x S3x S4x ra P ON ON OFF OFF +VDC/2 O OFF ON ON OFF 0 N OFF OFF ON ON -VDC/2 Bảng 2.1 đưa ra điện áp đầu ra của mạch nghịch lưu hình NPC với từng trạng thái đóng ngắt của các khóa công suất. Giá trị điện áp đầu ra ở Bảng 2.1 là của mỗi nhánh pha mạch nghịch lưu, vì vậy điện áp trên 2 đầu ra A, B (VAB) mạch nghịch lưu sẽ có năm bậc điện áp khi kết hợp các trạng thái đóng ngắt ở mỗi nhánh.

Ưu điểm: Bộ nghịch lưu NPC cải tiến dạng sóng điện áp tải và giảm quá điện áp trên linh kiện. Chỉ sử dụng một nguồn DC. Nhược điểm: Khi số bậc lớn hơn ba thì mức độ chịu gai áp (spike) trên các diode khác nhau. Rất khó để cân bằng hiệu điện thế giữa các tụ điện.

Nghịch lưu một pha năm bậc hình T 2. Cấu hình Mô hình nghịch lưu một pha năm bậc hình T được mô tả ở Hình 2.2 bao gồm hai nhánh cho hai pha điện áp. Mỗi nhánh gồm 4 IGBT được sắp xếp theo hình chữ T. Nguồn áp một chiều DC cung cấp cho bộ nghịch lưu được chia thành 2 cấp điện 6 áp nhỏ bằng 2 tụ điện.

Từ đó, có ba bậc điện áp là +VDC/2, 0, -VDC/2.2 Cấu hình bộ nghịch lưu một pha năm bậc hình T. Nguyên lý hoạt động Cấu hình nghịch lưu hình T ở Hình 2.2, mỗi nhánh có 6 trạng thái hoạt động (ví dụ tại nhánh A) được trình bày ở Bảng 2.2, tương tự đối với nhánh pha B.